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1. Introducción Filtración es la separación de partículas sólidas a partir de un fluido que pasa por un medio filtrante sobre el que se depositan los sólidos. Las filtraciones industriales van desde un sencillo colado hasta separaciones altamente complejas. El fluido puede ser un líquido o un gas, y la corriente valiosa procedente del filtro puede ser el fluido, los sólidos o ambos productos.* Los filtros se dividen en dos grandes grupos: clarificadores y de torta. Los clarificadores retiran pequeñas cantidades de sólidos para producir un gas claro o líquidos trasparentes tales como bebidas. Los filtros de torta separan grandes cantidades de sólidos en forma de una torta de cristales o un lodo. Con frecuencia incluyen dispositivos para el lavado de sólidos y para eliminar la mayor parte posible del líquido residual antes de su descarga ¡,). El fluido circula a través del medio filtrante en virtud de una diferencia de presión. Así, los filtros se clasifican atendiendo a este aspecto en los que operan con una sobrepresión aguas arriba del medio filtrante, los que lo hacen con presión atmosférica y aquellos que presentan vacío aguas abajo. Presiones superiores a la atmósfera pueden generarse por acción de la fuerza de gravedad actuando sobre una columna de líquido, por medio de una bomba o soplante, o bien por medio de fuerza centrifuga. Pueden ser también continuos o discontinuos. Durante buena parte del ciclo de operación de un filtro discontinuo el flujo es continuo, habiéndose de interrumpirse periódicamente para permitir la descarga de los sólidos acumulados. En un filtro continuo la descarga de los sólidos y del fluido se realiza de forma ininterrumpida mientras el equipo se encuentra en operación El filtro rotatorio continuo al vacío que se usa durante la práctica, filtra y descarga la torta con un régimen continuo. El tambor cilíndrico se recubre de un medio filtrante adecuado, se hace girar, y una válvula automática en el centro sirve para activar las funciones de filtrado y descarga de la torta del ciclo de operación la cual sale por el eje del filtro. La válvula automática permite la salida independiente del filtrado.? Los filtros rotatorios se usan principalmente en la industria para tratamientos donde se desee remover partículas de una disolución de manera rápida y a un costo moderado, como lo es en el caso de la industria de plantas de tratamientos de aguas residuales 2]. En la práctica se desea determinar la eficiencia de la filtración de una disolución de CaCO; en agua por medio de un filtro de tambor rotatorio; el proceso se trabajará a una presión de vacío en inHg y una determinada cantidad en gramos de soluto. El dato de la eficiencia se obtendrá teniendo en cuenta la masa de soluto recuperado sobre la masa que había inicialmente en la disolución. Scanned with ¡ES CamScanner: 2. Objetivos Objetivo general Determinar el efecto de la presión de succión y la concentración de soluto sobre la eficiencia de la operación de filtrado por tambor rotatorio, en el proceso de recuperación de CaCO, diluido en agua, así como las resistencias de la torta y del medio filtrante durante la operación. Objetivos específicos Afianzar los conocimientos teóricos presentados en la literatura, enfocados en el funcionamiento del filtrado por tambor rotatorio para la práctica de recuperación de CaCO,, Determinar el porcentaje de pérdidas de CaCO; durante el proceso de filtración, para analizar la eficiencia. Identificar el porcentaje de humedad de la torta para determinar cómo está involucrado con la eficiencia. Calcular las resistencias del medio filtrante y de la torta con los datos obtenidos experimentalmente. Scanned with ¡ES CamScanner: 3.1. Diagrama del proceso i Scanned with | ¡[BCamScamner: Tabla 1. Descripción de la figura 1 [tem Descripción Función Unidades . Transporte de Agua hacia el tanque de 1 | Flujo de Agua agitación. 2 | Tanque de Agitación Homogeneizar la Solución L 3 | Manómetro Registra Presión de la Operación inHg Tanques de Almacena el filtrado líquido de la 4 | Almacenamiento al L operación vacío Evitar precipitación de soluto durante el 5 | Agitador rpm filtrado Generar el contacto entre el medio 6 | Tambor Rotatorio , rpm filtrante y la solución a filtrar Facilitar la descarga de la torta de 7 | Raspador Ñ filtración Recipiente depósito de a a 8 Recolección de la torta de filtración g la torta 9 | Válvula Permitir el retiro del filtrado líquido Almacenar el filtrado líquido para 10 | Depósito de Filtrado E ml posterior manejo Permitir Apertura de los tanques de 11 | Válvulas Almacenamiento al vacío Tabla 3. Parámetros fijos de la operación paenes Volumen del tanque de almacenamiento 0.108 m Diámetro del tambor rotatorio 16,5 Cm Área del medio filtrante 0.13 m Porcentaje de pérdidas: La operación se inicia con una concentración inicial de CaCO3 que al pasar por el proceso de filtración cambia recuperándose solamente una parte de la inicial, el restante queda suspendido en el líquido de filtración ubicado en el tanque de almacenamiento y a su vez lo que retiene el medio filtrante; esto último es a lo que se le llama pérdida, ya que no es recuperada en ninguno de los productos obtenidos en el proceso. Para calcular está perdida se inicia con un balance de masa de CaCO3: 1 =W,— Wis fe all (Ec.1) Toja fea Para el porcentaje de pérdida de CaCOz se plantea la siguiente ecuación, teniendo en cuenta que él %perdidas es una relación entre lo que se perdió sobre lo que se ingresó. Pérdidas = a 100 (Ec.2) Donde: W; = es la masa de CaC03 en el filtrado Scanned with ¡ES CamScanner: Wrs = es la masa de la torta seca. W;¡= es la masa inicial de CaCO3. WrH = es la masa de la torta húmeda. Porcentaje de humedad El porcentaje de humedad hace referencia a la cantidad de agua obtenida en la torta de filtración. Para su cálculo necesitamos la masa de la torta antes y después del proceso de horneado, ya que es una relación entre la humedad presente sobre la torta húmeda. %humedad = Lu, 100 (Ec. 3) ; E Eficiencia de operación: Ninguna operación es 100% eficiente, ya que estas presentan errores o fallas imposibles de controlar como lo son las propiedades del material. En la filtración el % de perdidas puede indicar que tan eficiente es la operación de la siguiente forma: n = 100 — %perdidas (Ec. 4) Resistencia de la torta La resistencia específica de la torta varia con la caída de presión producida a medida que ésta se deposita; esto se explica porque la torta se va haciendo más densa a medida que la presión se hace mayor y dispone por ello de menos pasadizos con un tamaño menor para que pase el flujo. Este fenómeno se conoce como compresibilidad de la torta. Una torta compuesta por partículas sólidas flexibles y deformables, blandas y floculantes, tiene una resistencia al flujo que depende de la caída de presión y varía a lo largo de todo el espesor de la torta, siendo mayor cerca del medio filtrante; Scanned with ¡ES CamScanner: Al sustituir las ecuaciones, reemplazando (6) en (5), se obtiene: (Ec. 8) Donde a esla resistencia especifica de la torta: — 1-05 (Ec. 9) E ppe3 1 Resistencia del Medio filtrante El medio filtrante de cualquier filtro ha de cumplir los siguientes requerimientos: , Ha de retener los sólidos a filtrar, dando lugar a un filtrado razonablemente claro. . No debe obstruirse o cegarse. . Ha de ser químicamente resistente y tener suficiente resistencia física para soportar las condiciones del proceso. . Ha de permitir que la torta formada se desprenda de una forma limpia y completa. (pag 1007 Mac Cabe) . No ha de ser excesivamente caro. Los medios filtrantes son importantes de elegir a la hora de realizar la operación, ya que debe / cumplir con ciertas características, como que el tamaño del poro sea el adecuado para que la velocidad de filtrado no sea demasiado lenta, debe permitir la extracción de la torta con facilidad y debe tener una resistencia suficiente para no rasgarse o afectarse por los químicos utilizados durante el proceso. Algunos medios filtrantes de uso común son telas gruesas de loneta o sargas, tejidos pesados, fibra de vidrio, papel, filtro de celulosa, telas metálicas, de lana, de nylon y otros tejidos sintéticos. ps, La resistencia del medio filtrante es importante durante las primeras etapas de la filtración de torta. Varía con la caída de presión, con el tiempo y la limpieza del medio filtrante. ¡y Scanned with ¡ES CamScanner: Para la resistencia del medio filtrante: A Adt Rm Donde: —AP, = caida de presión H = viscocidad Rm = resistencia del medio filtrante Como las resistencias están en serie, se pueden combinar: CAE 14" Ez) Para linealizar la ecuación, se invierte la ecuación (11) y se reacomoda: / dt _ pac, = ESPA (av bras] any + Aa im KpV +B De donde: = uats_ PA Cap) — Lim B= Esp) Se Integra y resuelve para obtener la equación linealizada (Ec. 10) (Ec. 11) (Ec. 12) (Ec. 13) (Ec. 14) (Ec. 15) Scanned with ¡ES CamScanner: _ » | [edo x - Lale Homedo hare, Y Evacuar el filtrado teniendo en cuenta las marcaciones anteriores, con el fin de cuantificar el volumen de filtrado de cada uno de los intervalos de tiempo. Para esto se debe recoger el filtrado en un tanque y posteriomente verter el mismo en una probeta para conocer el volumen (Vr). Y Recolección de datos: Alfinalizarla filtración de toda la solución, la torta de filtración es retirada, para ser pesada y seguidamente secada en un horno por el lapso de 1 hora. El filtrado líquido se recolecta en baldes, retirando el volumen correspondiente a cada periodo de 5 minutos, de cada volumen retirado, dichos volúmenes deben ser registrados, además se toma una muestra en un Erlenmeyer de cada volumen, hasta completar 100 ml, los cuales serán usados en la titulación, Y Titulación. Se debe titular cada una de las muestras recolectadas. La titulación es un método de análisis químico cuantitativo en el laboratorio que se utiliza para determinar la concentración desconocida de un reactivo a partir de un reactivo con concentración conocida. o Tomar 100 ml de cada muestra y agregarla en dos matraz erlenmeyes (cada uno de 50 ml). o Agregar dos gotas del indicador de color (naranja de metilo, rojo metil, fenolftaleina) y agitar. o Ubicar un erlenmeyer debajo de la bureta que contiene ácido clorhídrico (0,05 N) y adicionar lentamente a la uc hasta que se torne de un color naranja brillante con una apariencia translucida, registrar el volumen de ácido consumido. O - Para el cálculo de la concentración de CaCO,, se usa la ecuación de titulación: V¡C, =V¿C2 (Ec. 16) Y = volumen de Hch consumido (0) Cr = concentración de ácido ; . [N] v a volumen de Caco, filtrado_, (1) a. .= concentración de CaCO3 filtrado [NJ Scanned with ¡ES CamScanner: Peso-equivalente del CaCOz PM 12 Pe = mero de cargas de lones (productos) El eq (Ec. 17) Número de equivalentes-gramo de CaCO, n= Vp*C,[=] eq- (Ec. 18) w, = (n%equivalente — gramo)X(P — eq CaCOs) (Ec. 19) Y” Medición torta O Al cabo de 1 hora se deberá pesar la torta seca y registrar el dato, lo cual se usará para el cálculo de humedad. Y Limpieza del equipo o Alfinalizar la práctica se debe realizar limpieza del tambor rotatorio siguiendo las indicaciones de los técnicos del laboratorio. Bibliografía + McCabe, W., Smith, J., Harriott P., (1991), Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, España. McGraw-Hill/Interamericana de España,S.A.U, pag:997. + ?McCabe, W., Smith, J., Harriott P., (1991), Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, España. McGraw-Hill/Interamericana de España,S.A.U, pag:998 +» *Geankoplis, C., (1998), Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, México: Compañía editorial continental, S.A de C.V, pag:889 + McCabe, W., Smith, J., Harriott P., (1991), Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, España. McGraw-Hill/Interamericana de España,S.A.U, pag:1007 Scanned with 
